专利名称：矩阵变流器的制作方法
技术领域：
本发明的实施方式涉及矩阵变流器。
背景技术：
矩阵变流器可以抑制谐波电流并有效地使用再生电力，因此作为新的电力转换器而引起注意。例如，矩阵变流器包括将AC电源的各相与负载的各相连接起来的多个双向开关，通过控制这些双向开关，直接切换AC电源的各相电压而向负载输出任意的电压和频率。矩阵变流器对双向开关执行PWM控制并控制它的导通比率，使得负载侧电压通常 比AC电源侧电压低。但是，近来提出一种矩阵变流器，该矩阵变流器具有使负载侧电压比AC电源侧电压更高的升压功能。例如，在国际公报小册子No. W02006/112275中描述的矩阵变流器包括针对AC电源的各相的电抗器、双向开关和连接输出的各相的电容器，其中该输出连接到负载。通过控制双向开关，在电抗器的双向开关侧端子之间的短接后，矩阵变流器将两个以上的电抗器连接到电容器。结果，在矩阵变流器中实现使负载侧电压高于AC电源侧电压的升压功能。在矩阵变流器中，希望容易执行双向开关的控制。实施方式的一个方面的目的是提供一种无论是否有升压功能都能够容易地执行双向开关的控制的矩阵变流器。
发明内容
根据一个实施方式的矩阵变流器包括电力转换单元和控制单元。电力转换单元包括将AC电源的各相与负载的各相连接起来的多个双向开关。控制单元通过控制下述双向开关而生成负载侧相间电压中的最高相间电压，其中该双向开关将与所述最高相间电压相关的相连接到与AC电源侧相间电压中的最高相间电压相关的相。而且，控制单元通过控制下述双向开关而生成负载侧相间电压中的中间相间电压，其中该双向开关将与所述中间相间电压相关的相连接到与AC电源侧相间电压中的中间相间电压相关的相。根据实施方式的一个方面，获得的效果在于，可以提供能够容易地执行双向开关的控制的矩阵变流器。
通过下面的详细说明，参照附图，能够更好、更完整地理解本发明及其优点，在附图中图I是示出根据一个实施方式的矩阵变流器的结构的图；图2是B模式的电路结构的说明图；图3是示出升压动作中的双向开关控制例的图；图4是图3中所示的区间L的放大图5是示出在表3中的区间Lc和Lg中电流流动的路径的图；图6和图7是示出输入相电压与输入区间之间的关系的图；图8是示出图I所示的控制单元的双向开关控制例的图；图9是图8所示的区间Tll的放大图；图10是示出图I所示的控制单元的结构的图；图11和图12是图10所示的PWM信号生成单元的PWM信号生成方法的说明图；和图13是相间电压指令的说明图。
具体实施方式
以下，将基于附图详细地说明根据一个实施方式的矩阵变流器。本发明不限于该实施方式。[矩阵变流器的结构]首先，参照图I说明根据本实施方式的矩阵变流器的结构。图I是示出根据本实施方式的矩阵变流器I的结构的图。如图I所示，根据本实施方式的矩阵变流器I设置在AC电源2与负载3之间。矩阵变流器I可以执行AC电源2与负载3之间的双向电力变换，而且可以执行AC电源2与负载3之间的升压和降压。在矩阵变流器I中，例如基于设置工具4的设置而确定电力变换的方向。作为负载3，AC发电机或AC电动机可以是负载3的示例之一。在下面，把AC电源侧2描述为输入侧,把负载3侧描述为输出侧。如图I所示，矩阵变流器I包括电力变换单元10、输入侧电抗器组11、输入侧电容器组12、输入侧开关13、输出侧电抗器组14、输出侧电容器组15、输出侧开关16和控制单元20。电力变换单元10包括连接AC电源2的各相与负载3的各相的多个双向开关Sru、Ssu、Stu、Srv、Ssv、Stv、Srw> Ssw和Stw (下面有时统称为双向开关S)。双向开关Sru、Ssu和Stu分别将AC电源2的R相、S相和T相连接到负载3的U相。双向开关Srv、Ssv和Stv分别将AC电源2的R相、S相和T相连接到负载3的V相。双向开关Srw、Ssw和Stw分别将AC电源2的R相、S相和T相连接到负载3的W相。双向开关S例如可以包括两个单向开关元件的反平行连接。诸如IGBT (绝缘栅双极晶体管)的半导体开关是开关元件的示例之一。通过向半导体开关的栅极输入信号而导通/截止各个半导体开关，由此控制电流的方向。输入侧电抗器组11包括第一电抗器Llr、Lls和Llt (下面有时统称为第一电抗器LI)。第一电抗器Llr被设置为连接在AC电源2的R相与双向开关Sru、Srv和Srw之间。第一电抗器Lls被设置为连接在AC电源2的S相与双向开关Ssu、Ssv和Ssw之间。第一电抗器Llt被设置为连接在AC电源2的T相与双向开关Stu、Stv和Stw之间。输入侧电容器组12包括第一电容器Clr、Cls和Clt (下面有时统称为第一电容器Cl)。第一电容器Clr被设置为连接在第一电抗器Llr与输入侧开关13之间。第一电容器Cls被设置为连接在第一电抗器Lls与输入侧开关13之间。第一电容器Clt被设置为连接在第一电抗器Llt与输入侧开关13之间。输入侧开关13是将一端连接到双向开关S的第一电容器Clr、Cls和Clt的另一端彼此连接的开关。即，当输入侧开关13导通时，第一电容器Clr、Cls和Clt的另一端彼此连接，并且当输入侧开关13截止时，第一电容器Clr、Cls和Clt的另一端分别开放。输出侧电抗器组14包括第二电抗器L2u、L2v和L2w(下面有时统称为第二电抗器L2)。第一电抗器L2u被设置为连接在负载3的U相与双向开关Sru、Ssu和Stu之间。第一电抗器L2v被设置为连接在负载3的V相与双向开关Srv、Ssv和Stv之间。第一电抗器L2w被设置为连接在负载3的W相与双向开关Srw、Ssw和Stw之间。输出侧电容器组15包括第二电容器C2u、C2v和C2w(下面有时统称为第二电容器C2)。第二电容器C2u被设置为连接在第二电抗器L2u与输出侧开关16之间。第二电容器C2v被设置为连接在第二电抗器L2v与输出侧开关16之间。第二电容器C2w被设置为连接在第一电抗器L2w与输出侧开关16之间。输出侧开关16是将一端连接到双向开关S的第二电容器C2u、C2v和C2w的另一端彼此连接的开关。即，当输出侧开关16导通时，第二电容器C2u、C2v和C2w的另一端彼此连接，当输出侧开关16截止时，第二电容器C2u、C2v和C2w的另一端分别开放。[矩阵变流器I的工作模式]下面说明矩阵变流器I的工作模式。矩阵变流器I具有四种工作模式，即A模式、B模式、C模式和D模式，如下面的表I所示。表I
权利要求
1.一种矩阵变流器，其包括 电力转换单元，其包括将AC电源的各相与负载的各相连接起来的多个双向开关；和 控制单元，其控制所述双向开关，其中 所述控制单元通过控制下述双向开关而生成负载侧相间电压中的最高相间电压，其中该双向开关将与所述最高相间电压相关的相连接到与AC电源侧相间电压中的最高相间电压相关的相，而且所述控制单元通过控制下述双向开关而生成所述负载侧相间电压中的中间相间电压，其中该双向开关将与所述中间相间电压相关的相连接到与所述AC电源侧相间电压中的中间相间电压相关的相。
2.根据权利要求I所述的矩阵变流器，其中所述控制单元根据所述AC电源侧的相电压之间的大小关系和所述AC电源侧的中间相电压的极性执行所述双向开关的连接控制处理的切换，并从切换前的所述双向开关的连接状态中与切换后的所述双向开关的连接状态相对应的一个连接状态开始所述连接控制处理的切换。
3.根据权利要求I或2所述的矩阵变流器，其中所述控制单元根据所述负载侧的相电压之间的大小关系和所述负载侧的中间相电压的极性执行所述双向开关的连接控制处理的切换，并从切换前的所述双向开关的连接状态中与切换后的所述双向开关的连接状态相对应的一个连接状态开始所述连接控制处理的切换。
4.根据权利要求I或2所述的矩阵变流器，该矩阵变流器还包括 各连接在所述AC电源的相应的相与所述电力转换单元之间的多个第一电抗器； 各连接在所述负载的相应的相与所述电力转换单元之间的多个第二电抗器； 经由第一开关连接在所述电力转换单元的所述AC电源侧的各相间的多个第一电容器；和 经由第二开关连接在所述电力转换单元的所述负载侧的各相间的多个第二电容器，其中 所述控制单元通过控制所述第一开关、所述第二开关和所述双向开关而进行所述AC电源侧与所述负载侧之间的升压动作和降压动作。
5.根据权利要求4所述的矩阵变流器，其中所述控制单元根据所述负载侧的相电压之间的大小关系执行所述双向开关的连接控制处理的切换，并且所述控制单元从切换前的所述双向开关的连接状态中与切换后的所述双向开关的连接状态相对应的一个连接状态开始进行所述连接控制处理的切换，或者在将所述双向开关的连接状态从不向所述负载侧输出电压的状态切换到向所述负载侧输出电压的状态时进行所述连接控制处理的切换，或者在将所述双向开关的连接状态从向所述负载侧输出电压的状态切换到不向所述负载侧输出电压的状态时进行所述连接控制处理的切换。
6.根据权利要求4所述的矩阵变流器，其中在所述第一开关和所述第二开关中，所述控制单元导通连接到升压侧的开关并截止连接到降压侧的开关。
7.根据权利要求5所述的矩阵变流器，其中在所述第一开关和所述第二开关中，所述控制单元导通连接到升压侧的开关并截止连接到降压侧的开关。
8.根据权利要求4所述的矩阵变流器，其中当将所述双向开关的连接状态从向所述负载侧输出电压的状态切换到不向所述负载侧输出电压的状态时，所述控制单元执行从所述升压动作和所述降压动作中的一个动作到另一个动作的切换。
9.根据权利要求I所述的矩阵变流器，其中所述控制单元基于所述AC电源侧的相电压的相位加上预定相位差而得到的相位来选择所述AC电源侧相间电压中的最高相间电压和所述AC电源侧相间电压中的中间相间电压。
10.根据权利要求2所述的矩阵变流器，其中所述控制单元基于所述AC电源侧的相电压的相位加上预定相位差而得到的相位来判断所述AC电源侧的相电压之间的大小关系以及所述中间相电压的极性。
全文摘要
本发明涉及矩阵变流器。根据一个实施方式的矩阵变流器包括控制单元，该控制单元通过控制下述双向开关而生成负载侧相间电压中的最高相间电压，其中该双向开关将与所述最高相间电压相关的相连接到与AC电源侧相间电压中的最高相间电压相关的相。另外，所述控制单元通过控制下述双向开关而生成所述负载侧相间电压中的中间相间电压，其中该双向开关将与所述中间相间电压相关的相连接到与所述AC电源侧相间电压中的中间相间电压相关的相。
文档编号H02M5/275GK102780402SQ20121011917
公开日2012年11月14日 申请日期2012年4月20日 优先权日2011年5月10日
发明者山本荣治 申请人:株式会社安川电机